7.6 Trifazni prenos energije in trifazna transformacija

Iz e-ELEKTROTEHNIKA plus

Redakcija iz 20:52, 28. marec 2010 od Admin (Pogovor | prispevki)

(prim) ← Starejša redakcija | poglejte trenutno redakcijo (prim) | Novejša redakcija → (prim)

Osnove transformiranja napetosti, toka, moči in imitance smo spoznali pri dvostebrnem feromagnetnemu jedru, ki magnetno poveže dve navitji; napravi rečemo tudi enofazni transformator. Pri trifaznem transformatorju je jedro tristebrno, z dvema navitjema na vsakem stebru; vsak par navitij služi svoji fazi (slika 1). Transformator ima tri enaka primarna in tri enaka sekundarna navitja, ki so na primarni in sekundarni strani vezana v trikot ali zvezdo. Če je le trifazno breme simetrično so zakonitosti pretvorb (napetosti, tokov, ....) pri trifaznem transformatorju enake kot pri enofaznem^[1].

Daljnovodi.

Trifazni daljnovodi so ožilje, ki povezuje elektrarne, razdelilne postaje, transformatorje in velike in male koristnike električne energije. To se odvija na več napetostnih nivojih. Daljnovodne vrvi so tri, nad njimi pa so na jamborih obešene še strelovodne, ki služijo zaščiti daljnovoda. 400 kilovoltni daljnovod ima za vsako fazo dve vrvi (dvojček); ta ukrep zmanjšuje koronske izgube zaradi ionizacije zraka ob vrveh. Visokonapetostni daljnovodi nimajo nevtralnega vodnika; to funkcijo vršita strelovodna vrv in zemlja. Daljnovodi so eno ali dvosistemski. Pri dvosistemskem je vsaka trojica faznih vodnikov obešena na svoji strani stebrov. Prenašano navidezno moč daljnovoda določa produkt √3U_m-fI_f. Pri 400 kV sistemu je fazni tok okoli 1 kA, prenašana moč pa okoli 700 MVA^[2]. V tej številki moremo črpati eno od prednosti trifaznega prenosa energije. Če bi bil prenos enofazen, bi sicer potrebovali dve vrvi; ena bi bila ozemljena, druga pa na fazni napetosti 230 kV. Pri toku 1 kA bi bila prenašana moč tretjina prejšnje. Trifazni prenos električne energije je očitno ekonomičnejši: »k dvema dodamo tretjo vrv in omogočimo trikratnost moči«.

Elektromagnetno polje v okolici daljnovodov.

Električno polje določajo harmonično spreminjajoči se naboji na vrveh in na zemlji. Poljska jakost nad tlemi seže do 1 kV/m (odvisno od napetostnega nivoja, lege faznih vrvi in višine stebrov). Magnetno polje določajo harmonični toki v vrveh; gostota magnetnega pretoka nad tlemi seže do 5 μT (odvisno od vrste daljnovoda in višine vrvi). Največja gostota pretoka energije, ki brzi vzdolž daljnovodne trase, je tik ob vrveh, vstran od njih pa je že precej manjša.

Konstantna moč.

V primeru simetričnih napetosti in tokov se izkaže, da je pretok energije skozi presek trase enakomeren, da je vsota produktov faznih tokov in napetosti (faznih moči) konstantna. To pa seveda še ne pomeni, da ni izmenjevanja energije oziroma jalove moči. Nasprotno: ko se energija ob eni vrvi v danem trenutku pretaka z nadpoprečno močjo, se z ravno toliko manjšo močjo pretaka energija ob ostalih dveh vrveh.

Vrtilno polje.

Tako trifaznost kot tudi Teslina dvofaznost ponujata možnost generiranja posebnega magnetnega polja, ki je osnova delovanja asinhronskih in sinhronskih strojev. Če so tri navitja na statorju razmeščena simetrično po obodu in imajo toki skozi njih simetrirane fazne kote, se v rotorskem prostoru (prečno na os) vzpostavi magnetno polje, katerega vektor se enakomerno vrti s frekvenco tokov in ohranja absolutno vrednost; takemu polju rečemo vrtilno magnetno polje. Enako vrtenje vektorja magnetnega polja se doseže tudi z le dvema navitjema, ki sta na obodu statorja zamaknjena za kot 90 °, če sta le toka v njiju fazno premaknjena za enak kot^[3].

Večfazni sistemi.

Iz povedanega izhaja, da ima trifazni sistem nekaj očitnih prednosti pred enofaznim. Zakaj ne bi morda potem razmišljali tudi o štiri- in petfaznem sistemu napetosti? Razlog je preprost: vsi višji sistemi ne ponujajo nič, česar ne bi vseboval že trifazni sistem; zakaj torej stvari zapletati, če ne prinašajo nič novega? Je pa iz trifaznega moč pridobiti šestfazni sistem! Če bi srednje odcepe navitij na sekundarju trifaznega transformatorja spojili v zvezdišče (in ga ozemlji), bi tri navitja imela šest koncev. Kazalci napetosti med posameznimi konci in zvezdiščem bi v kazalčnem diagramu oblikovali zvezdo šestih kazalcev, enakih absolutnih vrednosti, drug do drugega pa bi bili fazno premaknjeni za kot 60 °.

Opombe

↑ V kolikor je breme nesimetrično, nastopijo težave, ki jih zadovoljivo rešujejo posebne vezave delnih navitij na primarni in sekundarni strani transformatorja.
↑ Moč slovenskih elektraren je okoli 2 GW. Njihova teoretična ponudba je okroglih 50 GWh energije na dan.
↑ Ta način najdemo v enofaznem asinhronskem motorju. Fazni zamik tokov skozi navitji se doseže s kondenzatorjem, ki je zaporedno vezan k enemu od navitij.